CN104946339A - 纳米铁基添加剂控制生物质燃烧no的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，具体方法为： (1)将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合，纳米铁基添加剂的加入量是生物质量的0.5-4%（w/w）；(2)将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合均匀；(3)将混合好的生物质燃料和纳米铁基添加剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的助燃气体由送风机送入燃烧器；(4)燃烧后混有纳米铁基添加剂的烟气经过锅炉尾部排放至除尘器除去后排放。在一维管式炉中的实施例表明，在900℃时1-2mg/100g生物质的添加条件下可有效减少生物质燃烧NO排放20-30%。本发明在不加装任何辅助设备的情况下简易有效地减少NO的排放，同时可以有效降低投资和运行成本。

Description

纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法
技术领域
本发明涉及一种生物质燃烧烟气污染物控制方法，特别是涉及一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧过程NO排放的方法。
背景技术
生物质是一种可再生资源，具有资源量丰富，净CO2排放为零等优点。在能源危机和环境恶化双重压力下，生物质利用技术得到了长足发展。其主要利用方式有热化学利用包括燃烧、气化、液化及生物化学利用包括制备生物乙醇、柴油和沼气等技术。其中，生物质燃烧是目前最为常见的利用形式。生物质虽然具有较低的氮含量，但是燃烧过程中产生的NOx却不容忽视，其中最主要为NO。排放到空气中的NOx会形成酸雨或光化学烟雾，对人体健康、生态系统和建筑设施造会成了巨大危害。目前，我国生物质每年燃烧产生的NOx总量达951.3千吨，而且随着生物质燃烧设备的逐步推广应用，其燃烧产生的NOx逐年增加。因此，研究生物质燃烧NOx的控制技术具有现实的必要性和紧迫性。
目前对于生物质燃烧过程中NOx的控制方法主要有空气分级和燃料分级等，然而这两种技术方法的脱硝效率的影响因素较多且工艺较为复杂。由于生物质燃料种类不同，其成分含量有所差别，导致应用上述两种方法时，脱硝效率有所不同；不同的一次风量、二次风量和通入一、二风和燃料的位置均会影响其脱硝效率。而且，应用上述两种方法时，需要精准地控制燃烧过程，致使其工艺较为复杂。另外，加装分级装置会增加初始投资和运行成本。
近年来,研究人员对Fe离子在燃烧过程中对NO的生成影响开展了深入的研究。研究人员针对燃料N的转化以及燃料型NOx前驱物的生成与控制的研究表明，Fe离子能够有效地降低燃料N转化过程中生成的主要的NOx前驱物，如HCN/NH3的生成，从而有效地减少燃烧过程中NO的生成。如Guan等发现Fe的化合物可以抑制含N燃料（如煤，生物质等）热解时HCN/NH3的生成。进一步的研究表明Fe2O3能够有效将HCN还原为N2，在此机理的基础上，使用一定量的Fe2O3与再燃燃料混合，可大幅度提高再燃的脱硝效率。在燃烧过程中，燃料N被氧化生成NO的同时，还伴随着NO与HCN等的同相还原以及NO与焦炭的异相还原过程。不同的研究表明，铁及其化合物具有直接还原NO或催化还原NO的作用。Hayhurst等发现金属铁的粉末在一定程度上能够把NO还原为N2；并且提出了Fe还原NO的反应机制。Gardon等及苏亚欣等的实验结果均表明，金属铁具有非常高效的直接催化还原NO的作用。苏亚欣等还对甲烷在氧化铁表面还原NO的特性与反应机理进行了研究，发现主要机理为：甲烷通过将氧化铁还原为铁，铁进而直接还原NO。Zhao等发现Fe离子能够催化NO在煤焦表面的还原。
综上所述，目前主流的生物质燃烧NO排放控制方法，例如基于分级燃烧的控制方法需要精准地控制燃烧过程，且其脱硝效率有限。利用Fe离子在燃烧过程中控制NO前驱物的生成，则可直接减少燃烧后生成的NO。有关以铁基物质作为添加剂与生物质简易物理混合后在燃烧过程中降低NO排放的方法和技术却甚少报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，该方法不同与常规的分级配风和燃料分级，亦不同于再燃脱硝和烟气脱硝等方法，该方法能够有效控制生物质燃烧过程中NO前驱物HCN的生成，可以在不加装任何辅助设备的情况下，简易有效地减少NO的排放。
本发明是通过以下具体技术方案实现的：
一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，具体步骤为： (1) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合，纳米铁基添加剂的加入量是生物质量的0.5-4%（w/w）， (2) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合均匀；(3) 将混合好的生物质燃料和纳米铁基添加剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的助燃气体由送风机送入燃烧器；(4) 燃烧后混有纳米铁基添加剂的烟气经过锅炉尾部排放至除尘器除去后排放。
所述的除尘器为静电除尘器或布袋除尘器或湿式除尘器。所述的燃烧器包括实验用的燃烧炉或工业电站锅炉。所述燃烧气氛为空气或富氧空气或纯氧气氛。所述的纳米铁基添加剂为Fe或Fe2O3或Fe3O4，粒径为 100nm 。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1) 本发明工艺流程简单，采用将纳米铁基添加基与生物质燃料物理混合的方法，根据纳米铁基添加剂与NO的前驱物HCN或NO的还原反应，简易实现生物质燃烧过程中NO的前驱物的抑制。
(2) 当纳米铁基添加剂量达到2mg/100mg生物质，900℃燃烧条件下，在管式炉中，NO的峰值最高可降低32.56%。
(3) 纳米铁基添加剂来源广泛，价格较为低廉，且本发明可不在额外增设系统设备或增加系统压降条件下，实现NO的脱除，具有投资和运行成本低的优点。
附图说明
图1为本发明在管式炉生物质燃烧系统中的实施例。
图2为三种典型生物质在900℃、纳米Fe与Fe2O3添加剂量为1mg/100mg生物质燃烧条件下管式炉中的NO排放特性比较：
其中：（a）为玉米秸秆，（b）为稻壳，（c）为锯末；
图3为三种典型生物质在900℃、纳米铁基添加剂量为2mg/100mg生物质燃烧条件下管式炉中的NO排放特性：
其中：（a）为玉米秸秆，（b）为稻壳，（c）为锯末。
具体实施方式
下面结合具体实施案例，进一步阐述本发明。
本发明是基于以下技术方法与原理实现的：生物质在燃烧过程中，燃料中的N首先部分转换为挥发份N，包括HCN/NH3和焦油（焦油经裂解后也转化为HCN/NH3），然后在氧气作用下HCN/NH3被氧化生成NO。NO前驱物HCN可被纳米铁基添加剂（若是Fe2O3）还原为N2，机理如下式所示： 2Fe2O3+3HCN→4Fe+3CO+3NO+1.5N2。同时部分HCN经氧化生成NO又被Fe或纳米铁基添加剂（若是Fe）直接将还原为N2，机理如下式所示：2Fe+3NO→Fe2O3+1.5N2。
本发明的纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，具体步骤为： (1) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合，纳米铁基添加剂的加入量是生物质量的0.5-4%（w/w）， (2) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合均匀；(3) 将混合好的生物质燃料和纳米铁基添加剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的助燃气体由送风机送入燃烧器；(4) 燃烧后混有纳米铁基添加剂的烟气经过锅炉尾部排放至除尘器除去后排放。
如图1所示：实施例由气瓶1、流量计2、程序控温式一维管式炉4、烟气分析仪7组成。炉管两端采用自行设计的刚体活夹装置以确保在实验过程中的快速密封。三种生物质均由研磨机研磨成粉，粒径均小于0.15mm，并在干燥箱（85℃）中干燥10小时后装入密封袋备用。所添加纳米铁基物质为纳米Fe2O3，粒径为100nm；纳米Fe（纯度为99.9999%），平均粒径为100nm。实验前将管式炉升至恒定的温度（700℃、800℃、900℃）；打开气瓶，调节流量计，使空气流量稳定在2L/min；最后，将已称取好并平铺于瓷舟(4)底部的实验材料，送入炉中燃烧，然后快速将刚体活夹装置封闭，用烟气分析仪实时测量NO浓度。
如图2所示，在900℃、纳米铁基添加剂量为1mg/100mg生物质，通入空气流量为2L/min燃烧条件下，玉米秸秆分别添加纳米Fe2O3和纳米Fe后，NO峰值降低了18.71%和4.81%；稻壳分别添加纳米Fe2O3和纳米Fe后，NO峰值降低了20.93%和12.98%；锯末分别添加纳米Fe2O3和纳米Fe后，NO峰值降低了18.66%和12.68%。结果表明：纳米Fe作为添加剂时，也能将NO的峰值降低，但是其NO减排效果不如Fe2O3。这主要是因为两者降低NO峰值的原理不同。Fe2O3主要是通过还原NO的前驱物HCN来抑制NO的生成，而Fe主要是直接将生成的NO还原为N2。在900℃温度和空气条件下，Fe很快会被氧化，从而使参与还原NO的Fe减少，使降低NO排放的效果降低。另外，一部分燃烧生成的NO可能直接被空气带走，未与Fe充分接触，发生反应。
如图3所示，在900℃、纳米铁基添加剂量为2mg/100mg生物质，通入空气流量为2L/min燃烧条件下，玉米秸秆、稻壳和锯末的NO峰值分别降低了28.02%、32.56%和27.12%。

Claims (5)

1.一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，其特征在于，具体步骤为： (1) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合，纳米铁基添加剂的加入量是生物质量的0.5-4%（w/w）；(2) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合均匀；(3) 将混合好的生物质燃料和纳米铁基添加剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的助燃气体由送风机送入燃烧器；(4) 燃烧后混有纳米铁基添加剂的烟气经过锅炉尾部排放至除尘器除去后排放。
2.根据权利要求1所述的纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，其特征在于：所述的除尘器为静电除尘器或布袋除尘器或湿式除尘器。
3.根据权利要求1所述的纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，其特征在于：所述的燃烧器包括实验用的燃烧炉或工业电站锅炉。
4.根据权利要求1所述的纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，其特征在于：所述燃烧气氛为空气或富氧空气或纯氧气氛。
5.根据权利要求1所述的纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，其特征在于：所述的纳米铁基添加剂为Fe或Fe2O3或Fe3O4，粒径为 100nm 。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105969471A (zh) * 2016-02-18 2016-09-28 安徽东方金河精密机械制造有限公司 一种烟雾少热能高的生物质成型燃料及其制作方法
CN106367154A (zh) * 2016-10-08 2017-02-01 安徽工业大学 一种以转炉钢渣为原料制备铁基抑制剂的方法及其应用
CN109097153A (zh) * 2018-10-19 2018-12-28 上海理工大学 一种控制生物质燃烧过程中no排放量的方法
CN113385008A (zh) * 2021-06-28 2021-09-14 北京工业大学 一种利用铁碳复合材料作为sncr添加剂进行烟气脱硝的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060228282A1 (en) * 2005-04-12 2006-10-12 Bing Zhou Method for reducing NOx during combustion of coal in a burner
CN1865772A (zh) * 2004-05-24 2006-11-22 雅富顿公司 对市政煤燃炉中的NOx排放量的添加剂引发的控制方法
CN101440322A (zh) * 2008-12-18 2009-05-27 东华大学 一种固体废弃物高效再燃脱硝混合燃料及制备
US20100189617A1 (en) * 2001-01-10 2010-07-29 State Line Holdings, Inc. Method of improving combustion of solid fuels using evenly distributer catalysts or other agents
CN102240505A (zh) * 2011-07-13 2011-11-16 东华大学 一种铁催化剂还原no的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100189617A1 (en) * 2001-01-10 2010-07-29 State Line Holdings, Inc. Method of improving combustion of solid fuels using evenly distributer catalysts or other agents
CN1865772A (zh) * 2004-05-24 2006-11-22 雅富顿公司 对市政煤燃炉中的NOx排放量的添加剂引发的控制方法
US20060228282A1 (en) * 2005-04-12 2006-10-12 Bing Zhou Method for reducing NOx during combustion of coal in a burner
CN101440322A (zh) * 2008-12-18 2009-05-27 东华大学 一种固体废弃物高效再燃脱硝混合燃料及制备
CN102240505A (zh) * 2011-07-13 2011-11-16 东华大学 一种铁催化剂还原no的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VITALI V. LISSIANSKI等: "Utilization of Iron Additives for Advanced Control of NOx Emissions from Stationary Combustion sources", 《IND. ENG. CHEM. RES.》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105969471A (zh) * 2016-02-18 2016-09-28 安徽东方金河精密机械制造有限公司 一种烟雾少热能高的生物质成型燃料及其制作方法
CN106367154A (zh) * 2016-10-08 2017-02-01 安徽工业大学 一种以转炉钢渣为原料制备铁基抑制剂的方法及其应用
CN106367154B (zh) * 2016-10-08 2019-05-07 安徽工业大学 一种以转炉钢渣为原料制备铁基抑制剂的方法及其应用
CN109097153A (zh) * 2018-10-19 2018-12-28 上海理工大学 一种控制生物质燃烧过程中no排放量的方法
CN113385008A (zh) * 2021-06-28 2021-09-14 北京工业大学 一种利用铁碳复合材料作为sncr添加剂进行烟气脱硝的方法
CN113385008B (zh) * 2021-06-28 2022-10-11 北京工业大学 一种利用铁碳复合材料作为sncr添加剂进行烟气脱硝的方法

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